1、辐射防护方辐射防护方法法外照射防护外照射防护上海交通大学张继革 副研究员2015年5月4日2022-11-102/48外照射防护基本外照射防护基本方法方法2022-11-103/48目前在科研和医疗等领域中使用的辐射源有封闭源和开放源两类。封闭源有各种射线装置，X射线机、治疗用加速器等，对人体的危害主要是外照射。X射线机医用直线加速器2022-11-104/48开放源主要是在基础和临床核医学中应用的各种放射性核素，对人体的危害主要是内照射和体表污染，还存在外照射。在使用开放源过程中，还有放射性“三废”处理的问题。放射性废物固化处理装置放射性药品使用过程的防护2022-11-105/48降低职业
2、照射剂量的重要因素降低职业照射剂量的重要因素 2022-11-106/48外照射防护的外照射防护的目的及方法目的及方法控制辐射对人体的照射，使之保持在可以合理做到的最低水平，保障个人所受的剂量当量不超过国家规定标准外照射防护方法有主要有三种：即距离防护、时间防护和屏蔽防护。对工作场所具有放射性的设备进行去污，减少辐射源活度，也是常用的方法2022-11-107/48距离防护距离防护增大与辐射源的距离增大与辐射源的距离照射剂量率随距辐射源的距离增大而降低，点状源时，人体受到照射的剂量率近似与距离的平方成反比：就是说，距离增加1倍，剂量率则减少到原来的1/4。足见距离防护的效果十分显著。2AXr2
3、022-11-108/48平方反比规律的适用条件平方反比规律的适用条件非点状源的辐射场平方反比规律仅仅适用于点状源，而在实际的工作场所，几乎所有的辐射源都不是点源，因此不能完全照搬这一规律。对于非点状源，当离源的距离为源的线度10倍以上时，可以将这辐射源近似地当成点源来对待。从距离防护的观点出发，无论什么形状的辐射源，通常离源远一点，剂量率就会小一些2022-11-109/48距离防护距离防护增大与辐射源的距离增大与辐射源的距离增大与辐射源间的距离可以降低受照剂量。在实际工作中，常用远距离操作工具，如长柄钳子、机械手、远距离自动控制装置等，以增大人体与辐射源之间的距离。在操作辐射源时，采用各种
4、远距离操作器械，使操作者与辐射源之间有足够的距离是十分必要的。2022-11-1010/48时间防护时间防护缩短受照时间缩短受照时间人体在辐射场内接受的剂量当量可以近似地按下式计算：式中：H剂量当量，照射量率，t受照时间。缩短受照时间是简易而有效的防护措施，为此，应避免一切不必要的在辐射场逗留，即使工作需要，也尽量缩短在辐射场逗留时间。例如，工作前应周密计划、充分准备、熟练快速操作。必须在强辐射内工作时，应采用轮流、替换等方法，控制个人的受照射时间。tXHX2022-11-1011/48时间防护时间防护缩短受照时间缩短受照时间人体所受的累积剂量随着接触放射源的时间的延长而增加，就是说，个人在辐
5、射场内停留的时间越长，所接受的累积剂量越大。在某些情况下常常通过受照时间的控制，来限制个人所接受的剂量。特别是在应付紧急事态的时候，需要在一个强的辐射场内工作。在这种情况下，必须于现在工作场所外仔细制订工作程序，以使用最短的工作时间去完成工作任务。假如一个人完成这项工作所需时间过长，由此而遭受的照射将超过规定限度，则应组织一批人去完成这项工作。2022-11-1012/48缩短受照时缩短受照时间的具体办法间的具体办法做好准备工作做好一切可能做到的准备工作，进入工作现场后就能立即开展工作，顺利地完成任务，避免在放射性控制区内无谓的等待和滞留准备主要应包括工作文件（规程、图纸、工作票等）的准备，工
6、具、器材的准备和防护用品的准备。另外，还应安排专人进行工作现场的准备，保证现场照明、通风和隔离等满足安全的要求2022-11-1013/48缩短受照时间的具体办法缩短受照时间的具体办法剂量分担必要时，可采用“剂量分担”的方式。“剂量分担”就是对于某些集体受照剂量可能较高的操作（如蒸发器检修等）可以采用多人（组）轮换操作的方式，这样每人（组）工作的时间就少一些，相应受照剂量就少一些加强培训和操练就工作人员个人而言，应提高技巧，熟练操作，缩短工作时间。对于难度较大的操作，应事先组织培训，进行模拟练习，达到熟练自如的程度。熟能生巧，事半功倍，花费时间自然就少2022-11-1014/48屏蔽防护屏蔽
7、防护-人与源之间设置防护屏障人与源之间设置防护屏障在实际工作中，由于条件所限，往往单靠缩短接触时间和增大距离并不能达到安全操作的目的，而必须采用屏蔽防护。屏蔽防护就是根据辐射通过物质时被减弱的原理，在人与辐射源之间加一层足够厚的屏蔽物（减弱材料），把外照射剂量减少到容许水平以下。2022-11-1015/48屏蔽材料的选择屏蔽材料的选择采用屏障防护是实用而有效的防护措施，在实际工作中，根据辐射源种类，采用不同的屏障。辐射屏蔽常采用低原子序数的铝或有机玻璃；X、射线常采用高原子序数的铅、铁或经济实用的混凝土等材料；中子则采用原子序数较低而含氢较多的物质，如水、石蜡等。2022-11-1016/4
8、8射线的防护射线的防护2022-11-1017/48射线的防护射线的防护在已发现的千余种放射性核素中，大部分放出射线，在对军用射线仪器进行刻度时，也经常使用到辐射源。因此，对射线的防护非常重要。原则上任何材料对射线都有减弱作用，都可以作为射线的屏蔽材料。2022-11-1018/48射线的防射线的防护护而射线与介质原子的作用截面与介质的原子序数有关，光电效应截面与Z5成正比，康普顿原子散射截面与Z成正比，电子对效应截面与Z2成正比，所以原子序数高的材料屏蔽射线更为有效。实际用于射线的屏蔽材料主要有铅、铁、混凝土。2022-11-1019/48射线的防射线的防护护屏蔽射线的半值厚度1/2(hal
9、f-value thickness)表示窄束射线经过这个厚度材料的屏蔽，其照射量率降低为没有屏蔽时一半与线吸收系数的关系式中，1/2为半值厚度。根据屏蔽材料的不同性质各用于不同场合。混凝土往往用来做固定屏蔽体，既起屏蔽作用又同时作为建筑，例如辐照设备的屏蔽墙。2ln2/1几种屏蔽材料对几种屏蔽材料对Co60射线的射线的半半值值厚度厚度2022-11-1020/48射线的防护射线的防护为了提高它的屏蔽性能，必要时可用铸铁块或铁矿石作骨料。铅对射线的屏蔽效果最好，但结构性能差，容易形变，而且价格较高，适宜于做活动屏蔽体。对强辐照源贮存井，往往利用水作为屏蔽材料。2022-11-1021/48屏蔽屏
10、蔽射线的常用材料射线的常用材料铅：原子序数、密度大，对低能和高能的X或射线有很高的减弱能力，但在1MeV到几MeV的能区，减弱能力最差。缺点：成本高，结构强度差，不耐高温。铁：屏蔽性能比铅差。但成本低，易获得，易加工。混凝土：价格便宜，结构性能良好。多用作固定的防护屏障。水：屏蔽性能较差，但有特殊优点：透明度好，可随意将物品放入其中。常以水井、水池形式贮存固体辐射源。在某些必要场合，目前也有用贫铀或钨作屏蔽材料。它们的屏蔽性能优良，但价格较贵，加工较难。贫铀还具有少量放射性，一般外表尚须包钢板。2022-11-1022/48射线的防护射线的防护2022-11-1023/48射线的防护射线的防护
11、射线比射线具有更大的穿透能力。同射线和中子相比，射线或电子的穿透能力很差，屏蔽射线很容易，只要屏蔽材料厚度大于射线的最大射程就能阻挡全部射线。通常只要几mm厚的铝板就足以屏蔽射线。核裂变“碎片”绝大部分放出射线。射线的外照射防护比较简单，但不能忽视。它容易被组织表皮吸收，引起组织表皮的辐射损伤。2022-11-1024/48射线的屏蔽射线的屏蔽前面所讨论的外照射防护的一般方法同样适用于对射线的防护。对射线的屏蔽，一要屏蔽射线本身，二要考虑对射线产生的轫致辐射的屏蔽；轫致辐射的强度与射线的能量、屏蔽材料的有效原子序数成正比。所以，屏蔽射线时应采用诸如塑料、有机玻璃等各种低原子序数的材料。防护射线
12、时必须考虑两层屏蔽：第一层用低原子序数的材料做成，以减少轫致辐射的产生；第二层用高原子序数的材料做成，用于屏蔽轫致辐射。2022-11-1025/48中子的防护中子的防护2022-11-1026/48背景知识背景知识中子为不带电粒子，它与物质的原子核仅发生核相互作用，这种相互作用可分为散射和吸收。散射只能使中子损失部分能量，中子并不消失，散射过程使中子能量不断降低。无论是反应堆、加速器还是同位素中子源产生出来的是快中子。反应堆中的裂变中子平均能量约为2MeV，常用的同位素中子源的中子平均能量是45MeV。热中子容易被吸收，快中子一般不易被吸收，所以主要应考虑对快中子屏蔽。2022-11-102
13、7/48中子在物质中减弱过程中子在物质中减弱过程快中子在物质中减弱包括两个过程：快中子的慢化；慢中子的吸收。快中子慢化的相互作用过程是中子与原子核的弹性碰撞和非弹性碰撞。能量在几个MeV以上快中子主要通过与高原子序数的原子核发生非弹性碰撞降低能量。2022-11-1028/48高能快中子高能快中子-非弹性碰撞非弹性碰撞非弹性碰撞时入射中子一部分动能转变为原子核的激发能，激发核退激时会发射光子。为使原子核达到激发态，中子能量必须高于原子核的第一激发态能量，所以发生非弹性碰撞要求中子能量大于阈值。对不同原子核，阈值大体在0.1-5MeV之间。原子序数高的重原子核阈值低，这种非弹性碰撞的几率随入射中
14、子能量增大而增大。所以高原子序数的重物质对高能中子的慢化非常有效。例如10MeV左右的快中子只要与铁原子核发生很少次非弹性碰撞，就能把能量降到1MeV左右。2022-11-1029/48低能快中子低能快中子弹性碰撞弹性碰撞能量低于1-2MeV的快中子慢化主要通过与轻原子核的弹性碰撞。中子与氢的弹性碰撞几率最大，而且每一次碰撞中转移给反冲质子的能量也最多，所以氢是能量在1-2MeV以下快中子的最好的慢化剂。由于弹性碰撞截面随中子能量降低而增大，所以在含氢多的材料中，中子经受一次碰撞后，再次受到碰撞的几率增大，结果导致中子能量很快降低到热中子水平，最后被吸收。2022-11-1030/48热中子热
15、中子吸收吸收热中子可以较容易地被任何原子核吸收。其过程是中子与原子核形成处于激发态的核，该核退激时会发射光子。这个过程叫做中子的辐射俘获。除少数核素(如Li等)外，这种热中子的俘获总伴随发射射线，称为俘获辐射。吸收作用使中子不复存在，中子被吸收的主要反应是辐射俘获反应，即（n、）反应。散射和吸收都使原子核发生某种变化，常伴随着有次级带电粒子或射线的发射。因此，中子的屏蔽一般较为复杂，除考虑减弱过程和吸收过程外，还应考虑射线的屏蔽。2022-11-1031/48在效能高、设计精密的中子屏蔽体中必须含有足够量的氢，同时应含有较高原子序数的物质，最好掺入含有10B和6Li的化合物。2022-11-1
16、032/48中子束减弱规律中子束减弱规律窄束：宽束：r0、r(d)分别是设置屏蔽层前、后在辐射场中离源r处的注量率；是屏蔽材料对中子的宏观分出截面；d是屏蔽层厚度；Bn是宽束下的中子积累因子0()Rdrrde0()RdrrndB e 对于裂变中子的宏观分出截面对于裂变中子的宏观分出截面R2022-11-1033/48中子屏蔽计算中子屏蔽计算放射性核素中子源的屏蔽计算d是屏蔽层厚度，cm；R是屏蔽材料的宏观分出截面，cm-1；A是放射性核素中子源中放射性核素的活度，Bq；y是放射性核素中子源的产额(产额就是核反应生成的粒子中，中子所占的份额)_，Bq-1s-1；Ay即为中子源中子发射率，s-1；
17、Bn是中子积累因子；q是居留因子；r是参考点离源的距离，mLdnrrRqeBd0)(4ln12LnRrqAyBd2022-11-1034/48Bn取值取值从偏保守考虑:厚度不小于20cm的水、石蜡、聚乙烯一类的含氢材料，取Bn5；铅，Bn3.5；铁，Bn=2.6。2022-11-1035/48不同辐射类型的屏蔽材料不同辐射类型的屏蔽材料 2022-11-1036/48核设施的辐射屏蔽核设施的辐射屏蔽2022-11-1037/48加速器的辐加速器的辐射屏蔽射屏蔽加速器所加速的粒子的种类、能量和流强有时是可变的，所使用的靶材料也可能不同，因此辐射发射率往往随着改变。必须按不同的工作状态选择可能的最
18、大辐射发射率，即设计最厚的屏蔽厚度；还应该对加速器今后在束流或能量的提高以及应用的扩大留有余地。2022-11-1038/48核电核电站的辐射屏蔽站的辐射屏蔽反应堆屏蔽特点是：辐射源活度大、能量范围宽，有中子、以及中子的次级，在堆运行时和停堆时辐射源的类型、活度和能谱特性差别很大。在辐射安全上根据工作人员接近设备的频率和时间，确立不同辐射水平，分区进行屏蔽设计；要根据辐射源选用不同屏蔽材料，常选用混凝土核电站的屏蔽，分为堆本体屏蔽（一次屏蔽），主冷却回路的屏蔽（二次屏蔽），燃料运输屏蔽，辅助厂房屏蔽，以及可移式屏蔽等2022-11-1039/48乏燃料后处理厂的辐射屏蔽乏燃料后处理厂的辐射屏蔽
19、乏燃料后处理厂的屏蔽，应充分考虑化工系统的特点，对辐射水平较高的设备、仪表、管道、物料、试样、废物等应设置足够的屏蔽层，将照射量率降到规定限值以下，若选用铅、铸铁、铝玻璃做屏蔽材料，还应考虑中子的影响。2022-11-1040/48外照射防护在工程应用中的特殊问题外照射防护在工程应用中的特殊问题屋顶屏蔽贯穿辐射（X、中子）穿过屋顶，由于大气对辐射的散射作用，使辐射场所在的建筑物周围出现较强的辐射场，这种现象称为“天空反散射”如果辐射源较接近地面，辐射可能从地面反射并通过高密度屏蔽体下部向屏蔽墙外射出，这种现象称为“地面反散射”2022-11-1041/48迷道迷道所谓迷道，就是利用辐射多次散射
20、以减弱辐射水平的一种进出通道。一般迷道的截面呈矩形，为了减少散射，提高迷道的防护效果，在迷道的拐角处可以设置凹形面60Co辐照室迷道的示意图2022-11-1042/48防护门问题防护门问题如果源库不设迷道或有迷道但是屏蔽墙还需要设置门，那么墙上设置防护门的位置一定要避开主射线直射的方向，而且防护门的屏蔽效果必须与屏蔽墙等效。为了避免辐射泄露过大，门与屏蔽墙之间的搭界宽度L至少应为空隙L的十倍。还要注意门的底部与地面之间的间隙，同样需要采取相应的措施。1、门 2、屏蔽墙 3、嵌入的高Z材料2022-11-1043/482022-11-1044/48管缝泄露管缝泄露屏蔽块装配时，块与块之间有缝隙
21、（如门），这些缝隙的存在，使辐射比较容易从这些薄弱环节处泄露出来。与主射线束相对的屏蔽墙不允许有直通缝隙。通常构件作成台阶形式，犬牙交错的配合，使射线经过多次弯折才能漏出来。2022-11-1045/48源项控制法源项控制法 源项控制法，即在某些特殊工作条件下，在其工作前采取控制辐射源，从而减少现场辐射水平的方法涉及短衰变期的辐射源，待源衰变而降低到一定水平后再进行工作；在核电机组大修之前，对一回路系统采取氧化、净化等措施，以降低放射性水平，从而降低该系统和设备的剂量率；对污染严重的工作场所和设备，先采用去污染措施，以降低环境剂量率；如果同样能达到工作目的，应选用小源而不用大源，等等。2022
22、-11-1046/48屏蔽材料的结构形式屏蔽材料的结构形式 屏蔽材料可以做成固定型和可移动式(非固定型)两大类。对于固定型，在设计施工中就应予以周密考虑。对于非固定型，要考虑简单易制和易于拆装搬运等右图表示一些常用的非固定型屏蔽材料的结构形式。从图上可以看到，构件的任何一面必须尽量避免与射线束方向平行。2022-11-1047/48习题习题1.何谓天空反散射？辐射的反射与光学中的反射有何区别？它与哪些因素有关？2.迷道的设计、屏蔽块的堆积、屏蔽墙中的工艺管道要做成S形或U形等等，它们所依据的物理实质是什么？3.X，射线防护和射线防护分别有哪些应用场景？各自的防护措施是什么？2022-11-1048/48习题习题4.欲使60Co点源外某点的剂量率由800Sv/h减弱至100Sv/h，问需多厚的铅屏蔽层？5.一点状源外4米处剂量率为200Sv/h，欲使1米处工作人员半小时所受剂量不超过100Sv，问须设至少多厚的铅屏蔽层？谢谢 谢！谢！
